摘 要

现如今，磁场测量仪器在社会的生产和生活方面有着广泛的应用，然而市面上主流的磁场强度测量仪器都是进行的点对点的测量，而无法得到整个磁场的形貌，这就对研究磁场造成了很多不必要的麻烦。随着科技的发展进步，对磁场测量装置提出了更高的要求，磁场的图像增强技术便应运而生了。

基于运动定向测量的磁场图像增强技术，在硬件和软件方面都不同于市面上普通的磁场测量仪器。在下位机方面，主要是采用了高性能的集成电路和先进的设计思想，对二维平面上磁场强度数据的采集和A/D转换模块进行了研究。在二维平面上，使用步进电机带动霍尔传感器进行磁场强度的测量，采用了精度很高的模数转换装置，对各种噪声都有很高的抑制作用。对于单片机的核心部件，采用的是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器STC89C52RC。对于上位机方面，则采用虚拟仪器LabVIEW，对下位机发送的数据进行处理和储存，然后建立三维曲面图，将磁场进行可视化，方便人们进行学习和研究。

此次工作主要是把磁场强度和磁场的位置信息联系起来，将磁场进行图像增强，使人们能够不必通过复杂的方法来了解磁场强度的分布，可以通过图像直观的看到整个磁场的形貌。近些年，关于磁场的学习与研究越来越多，此项技术便可以大大提高对磁场研究和学习的效率。

关键词：磁场测量，A/D转换，步进电机，STC89C52RC，虚拟仪器，霍尔传感器

Research on image enhancement of magnetic field based on motion orientation measurement

ABSTRACT

Nowadays, magnetic field measuring instruments have a wide range of applications in the production and life of society. However, the mainstream magnetic field strength measuring instruments on the market are all point-to-point measurements, and the shape of the entire magnetic field cannot be obtained. Caused a lot of unnecessary trouble. With the development of science and technology, this places higher requirements on magnetic field measurement devices, and the image enhancement technology of magnetic field came into being.

Magnetic field image enhancement technology based on motion-oriented measurement is different from ordinary magnetic field measuring instruments on the market in terms of hardware and software. In terms of the lower computer, it mainly uses high-performance integrated circuits and advanced design ideas to study the collection of magnetic field strength data and the A / D conversion module on the two-dimensional plane. On the two-dimensional plane, a stepper motor is used to drive the Hall sensor to measure the magnetic field strength, and a high-precision analog-to-digital conversion device is used, which has a high suppression effect on various noises. For the core components of the microcontroller, STC89C52RC, a low-power, high-performance CMOS 8-bit microcontroller produced by STC, is used. For the upper computer, the virtual instrument LabVIEW is used to process and store the data sent by the lower computer, and then create a three-dimensional surface map to visualize the magnetic field, which is convenient for people to study and research.

This work is mainly to connect the magnetic field strength and the position information of the magnetic field, and enhance the image of the magnetic field, so that people can understand the distribution of the magnetic field strength without complicated methods, and can visually see the shape of the entire magnetic field through the image. . In recent years, there have been more and more studies and studies on magnetic fields. This technology can greatly improve the efficiency of magnetic field research and learning.

KEY WORDS: Magnetic field measurement，A/D converter，Stepper motor，STC89C52RC，virtual instrument，hall sensor

目录

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2磁场测量仪器的现状及发展趋势 1

1.3论文结构安排 2

第二章 磁场运动定向的测量方法 3

2.1运动定向测量 3

2.2图像增强技术 4

2.3 磁场测量方法 4

第三章 方案设计 6

3.1整体方案设计 6

3.2 A/D转换器方案 6

3.3 导轨设计方案 7

3.4 步进电机 8

3.4.1 步进电机简介 8

3.4.2步进电机的分类 9

3.4.2 工作原理 10

第四章 硬件电路设计 12

4.1 单片机 12

4.2线性霍尔传感器 12

4.3 AD7705转换模块 13

4.4 步进电机及驱动电路 14

4.4.1 步进电机 14

3.4.2驱动电路 15

4.5 串口通讯模块 16

第五章 软件设计 18

5.1 下位机软件程序设计 18

5.1.1 步进电机驱动程序 18

5.1.2 AD转换程序 20

5.1.3 串口通讯程序 22

5.2 上位机LABVIEW设计 23

5.2.1 串口采集部分 24

5.2.2 数据处理部分 24

5.2.3 数据保存部分 25

5.2.4 图像增强部分 25

第六章 系统功能测试 26

6.1硬件测试 26

6.2 上位机检测 26

第七章 总结与展望 29

7.1 总结 29

7.2 展望 29

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1课题背景

自从法拉第发现电磁感应以来，磁场的利用在人类的生产和生活中无处不在，扮演着极为重要的作用。但是磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，不能被人眼直接观测到，人们对磁场的分布范围，强度大小等很难有直观的印象，所以磁场测量技术便应运而生。而随着电子科技的不断发展，磁场强度的采集在很多领域都是最为关键的因素，比如地球物理、空间技术、军事工程、工业、工业探伤等场所，磁场强度的测量都非常重要，所以磁场测量装备在这些领域的应用非常广泛，磁场的检测测量也变得越来越重要^[1]。随着信息技术的进步，当前的磁场测量系统越来越智能，越来越方便，对磁场测量工具提出了更多的要求。然而在市场上磁场测量系统大多只能进行一个点的磁场测量，不能直观反映出整个磁场范围内磁场强度的分布，给教学和研究带来很多不必要的麻烦，需要一种能够直观显示磁场强度分布的测量系统，这种测量系统将减轻实验人员的操作强度，更直观的研究磁场强度的分布。

由于现代信息技术发展，与磁场相关的教学需求越来越多，所以市场上渴求一款直观显示磁场强度分布并且价钱还可以接受的磁场测量仪器。本磁场强度测量仪采用高性能单片机、霍尔传感器、步进电机，AD7705等简单器件，便于操作和维护，极大的方便了广大使用者的使用，并且使用磁场图像增强技术将以往看不见、摸不着的磁场转化为能够直观了解的磁场强度三维分布图，这将大大提高对磁场的研究和学习效率。

1.2磁场测量仪器的现状及发展趋势

磁场测量仪器是研究磁场时必不可少的一种常用的仪器，广泛应用于科学研究、实验教学等各个环节中^[5]。磁场测量技术伴随着科技的不断发展，越来越深入的人们的生产生活中，面临的使用环境也是越来越复杂，这就为磁场测量仪器提出了更多的要求，如更高的准确度、更大的测量范围、更多的储存空间以及支持智能联网、远程传输等。